Page 63 - 《爆炸与冲击》2025年第9期

第 45 卷 周 鑫，等： 混凝土中柱形装药的爆炸破坏分区及应力波衰减规律 第 9 期

2.1 柱形装药作用下混凝土破坏分区划分
炸药爆炸之后，装药周围介质在爆炸应力波的剧烈作用下发生汽化、粉碎、破裂等现象 [32-33] 。依据
[34]
介质的破坏程度和损伤状态，装药周围介质可以划分为不同的区域。李守巨等 、钱七虎等 [35] 和王明洋等 [36]
将装药周围的岩石划分为粉碎区、破裂区和弹性区，之后，张志呈等 [37] 和冷振东等 [38] 基于岩体破坏特征
将破碎区细分为剪切破碎区和裂隙区。近两年，Mandal 等 [39] 和 Gao 等 [12-13] 将封闭空间下装药周围混凝
土介质破坏分为 5 个区域，即近流体区、压碎区、过渡区、破裂区和弹性区，如图 6 所示。

Free boundary

TNT
Axis of symmetry Concrete Transition zone Crack zone Elastic
zone

zone
Free boundary Fluid-like
y Blasting Crushed
cavity
zone
x
O
图 6 装药周围介质破坏分区
图 5 有限元模型 Fig. 6 Failure zones of the surrounding
Fig. 5 Finite element model medium around the charge

本文中借鉴 Mandal 等 [39] 和 Gao 等 [12-13] 提出的方法对混凝土中爆炸破坏分区进行划分，近流体区混
凝土介质中静水压力远大于其剪切强度，呈塑性流动状态。压碎区混凝土的强度效应逐渐显现，但是由
于所受作用力远大于其强度，混凝土被挤压破碎 [13] 。Amelsfort 等 [40] 根据试验数据建立了混凝土压碎强
度 σ 与混凝土抗压强度 f 关系式：
c
r
c
f c
σ cr = (400 ∼ 1 000) (3)
27.5
基于上述关系式确定文中混凝土的压碎强度范围为 0.74～1.86 GPa，当爆炸应力波峰值应力处于该
范围内时，混凝土被完全压碎，形成压碎区。当峰值应力超过 1.86 GPa 时，混凝土呈流体状态，形成近流
体区。利用数值模拟计算结果确定近流体区和压碎区范围为 0.08～0.13 m/kg 1/3 和 0.13～0.17 m/kg 。
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过渡区是连接破碎区和破裂区的中间区域，由于泊松效应，该区域的混凝土受到径向和环向压应力的
同时作用，发生剪切破坏，裂隙呈网状分布。破裂区的混凝土环向约束消失，环向拉伸应力开始起主导作
用，当环向拉应力大于混凝土抗拉强度时，形成径向裂隙；随着应力波继续向外传播，强度进一步下降，当
环向拉伸应力低于混凝土抗拉强度时，裂隙停止扩展，裂隙之外为弹性区。对比过渡区和破裂区混凝土的
受力特征，不难发现：过渡区和破碎区混凝土的环向应力存在显著差异，前者主要承受环向压应力作用，而
后者主要承受环向拉应力，且拉应力大于其抗拉强度，因此，可以基于这一特征来划分过渡区和破碎区。
图 7 为比例距离 Z 为 0.32～1.07 m/kg 1/3 时，柱形装药正下方测点的环向应力（σ ）时程曲线。可以看
x
出：比例距离为 0.32～0.55 m/kg 1/3 时，混凝土环向主导应力由压应力（正值）转变为拉应力（负值），且比例
距离为 0.46 m/kg 时，环向拉应力峰值为 4.9 MPa, 大于本文中混凝土抗拉强度（4.5 MPa [41] ），因此，本文
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中以比例距离 0.46 m/kg 作为过渡区与破裂区的分界线。

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